Was ist ein Kondensator: Funktionsprinzipien, Typen und industrielle Anwendungen

Was ist ein Kondensator: Arbeitsprinzipien, Typen und industrielle Anwendungen

Die Antwort auf die Kernfrage:Was ist ein Kondensator und wie funktioniert er?Ein Kondensator ist ein Wärmetauscher, der aus einem Dampf genügend Wärmeenergie entfernt, um ihn bei oder nahe der Sättigung in eine Flüssigkeit umzuwandeln.wobei das Lambda für Dampf bei 100°C 2 istDieselbe Belastung wird durch die Oberfläche durch Q = U x A x LMTD geleitet,wobei LMTD der logarithmische mittlere Temperaturunterschied zwischen Kondensatdampf und Kühlmittel und U der Gesamtkoeffizient istRepräsentative U-Werte liegen bei 800 bis 1500 W/m2K für die Dampfkondensation in einer wassergekühlten Rohr- und Schalenanlage, bei 400 bis 700 W/m2K für organische Dämpfe und bei 300 bis 500 W/m2K für einen luftgekühlten Kondensator.Weil der Dampf sich bei einer im Wesentlichen konstanten Temperatur kondensiert., ist der LMTD-Korrekturfaktor in einem Einpass-Kondensationsdienst in der Regel nahe bei 1,0, was die Größenordnung nach Bekanntwerden von U ungewöhnlich einfach macht.

1. Prinzipien, die die Leistung des Kondensators bestimmen

Fünf Prinzipien erklären, warum zwei Kondensatoren derselben Fläche sehr unterschiedlich funktionieren können:

• Filmweise gegen Tropfweise Kondensation:In fast allen industriellen Geräten befeuchtet das Kondensat die Oberfläche und bildet eine durchgehende Folie, und der Dampf muss durch diese Folie kondensieren.und die Nusselt-Analyse zeigt, dass der Koeffizient sinkt, wenn der Film an der Unterseite eines Rohrbundes verdickt, weshalb vertikale Kondensatoren für denselben Einsatz in der Regel schlechter sind als horizontale.gibt Koeffizienten fünf bis zehnmal höher, aber um sie außerhalb des Labors aufrechtzuerhalten, sind Förderstoffe oder dauerhafte hydrophobe Beschichtungen erforderlich, die eine begrenzte Lebensdauer haben.Designer nehmen daher immer die Größe für die filmförmige Kondensation wahr und betrachten das Tröpfchenverhalten eher als Vorteil als als Grundlage..
• Nicht kondensierbare Gase:Nichts degradiert einen Kondensator schneller als ein nicht kondensierbarer.Es sammelt sich also an der Flüssigkeitsfilm-Schnittstelle und zwingt den Dampf, sich durch eine gasreiche Grenzschicht zu diffundieren, bevor er die kalte Oberfläche erreichen kann.So wenig wie 1% Luftvolumen kann den effektiven U um 30-50% reduzieren und 5% kann ihn um 80% reduzieren.Der Abluftpunkt muss an der kältesten Stelle des Dampfraums liegen., flussabwärts und unterhalb der Einlassstelle, die für die erwartete Gaslast bestimmt sind, und im Vakuumbetriebmit einem Ejektor oder einer Vakuumpumpe verbunden, die für die Luftdurchlässigkeitsrate bestimmt ist und nicht nur für die Prozessdampferate bestimmt ist.
• Unterkühlung und Kondensatentwässerung:Die meisten Kondensatoren liefern eine geringe Subkühlung, typischerweise 2-5 °C unter der Sättigung, die die nachgelagerten Pumpen vor Kavitation schützt und das Blitzen in der Kondensatleitung reduziert.Aber die Unterkühlung verbraucht die Oberfläche ineffizientDer Wärmeübergang ist mit einem viel geringeren Temperaturunterschied als in der Kondensationszone sinnvoll, so daß ein übermäßiger Unterkühlbedarf eine unverhältnismäßige Erhöhung der Fläche erfordern kann.Die physikalische Anordnung ist ebenso wichtig wie die thermische Größenordnung.: die Kondensate müssen frei abfließen, die Hülle muss abgeschoben oder die Schläuche abgeschoben sein und der Ausgang darf niemals überflutet werden, es sei denn, zur Regelung des Niveaus wird absichtlich untergetaucht.Überflutete Schläuche verhalten sich wie eine Unterkühlung und effektiv entfernen Kondensationsbereich aus dem Betrieb.
• Verunreinigung und die Konstruktionsmarge:Jeder Kondensator ist mit einer Verunreinigungsfestigkeit ausgestattet, die der erwarteten Verschlechterung zwischen Reinigungen entspricht, typischerweise 0,0001-0,0005 m2K/W je nach Wasserqualität,und diese Zulage kann 15-35% der erforderlichen Fläche hinzufügenDas Kühlwasser ist der übliche Schuldige: Abbau von Härte, biologisches Wachstum, Schlamm Ablagerungen und Korrosionsprodukte alle erhöhen Widerstand, und eine Einheit, die mit einem sauberen U von 1,200 W/m2K können innerhalb eines Betriebsjahres bei unbehandeltem Wasser auf 700 W/m2K sinken- Wasseraufbereitung, Filtration, eine geregelte Schlauchgeschwindigkeit von 1-2,5 m/s zur Begrenzung der Ablagerung und zur Begrenzung der Erosion,und ein planmäßiges Reinigungsverfahren sind entscheidend dafür, ob die Konstruktionsmarge in einem Jahr oder in fünf verbraucht wird..
• Auswahl des Kühlmittels und Ansatz:Die Kühlmitteltemperatur bestimmt den erreichbaren Kondensationsdruck, da ein Kondensator eine endliche Temperaturdifferenz benötigt, um Wärme abzulehnen.der Unterschied zwischen der Kondensationstemperatur und der KühlmittelentlasstemperaturDie Konzentration der Konzentration ist in der Regel zwischen 3 und 10 °C in wassergekühlten Einheiten und zwischen 10 und 25 °C in luftgekühlten Einheiten.Dies erhöht den Gegendruck von Kompressor und Turbine und kostet Energie.Deshalb ist die wirtschaftliche Optimierung nicht einfach der kleinste Kondensator:Eine größere Fläche mit engerem Ansatz kostet mehr Kapital, senkt aber den Betriebsdruck und den Energieverbrauch während der gesamten Lebensdauer der AnlageDie Umgebungstemperatur bei Luftkühl- und Verdampfungsbauten ist entscheidend, und der Konstruktionsfall ist in der Regel ein Sommerhoch mit einer definierten Überschreitung.

2Haupttypen von Industriekondensatoren

Vier Konfigurationen decken die große Mehrheit der industriellen Kondensationsarbeiten ab:

• Schalen- und Rohrkondensator:Das Arbeitspferd der Prozessindustrie, gewöhnlich nach TEMA mit einer BEM-Kappe, einer Einläuferschale, einer U-Rohr-Anordnung oder einer BEU mit einem U-Rohr-Bündel für den sauberen Dampfdienst gebaut.Der Dampf kondensiert sich normalerweise auf der Schale und Kühlwasser fließt durch die Rohre, weil diese Anordnung eine bessere Entwässerung, eine leichtere Reinigung der Wasserseite und eine bessere Unterbringung des großen Dampfvolumens bei niedrigem Druck ermöglicht.Horizontale Einheiten, bei denen der Dampf an der Oberseite eintritt und das Kondensat an der Unterseite ausgeht, sind StandardDie Konstrukteure müssen auf die Dampfinputzgeschwindigkeiten achten, die im Vakuum 30-60 m/s erreichen können, und eine Einschlagplatte oder eine große Inputkuppel zur Verhinderung von Rohrerosion und Schäden durch Vibrationen bereitstellen.
• Luftgekühlter Kondensator:Ein luftgekühlter Kondensator verwendet Flossenröhren und große axiale Ventilatoren, um Wärme direkt in die Atmosphäre abzuwerfen, wodurch das Kühlwasser vollständig eliminiert wird.und es ist die Standardwahl für abgelegene Anlagen, für viele Raffinerie-Overhead-Dienstleistungen und für die Dampfkondensation von Kraftwerken in trockenen Regionen.Empfindlichkeit gegenüber Umgebungstemperatur und Luftrückführung zwischen den LagenDa die Annäherung breiter ist, die Kondensationstemperatur höher ist und die Kompressions- oder Turbinenrückdruckstrafe nachgelagert ist, ist dies real.Daher muss die Luftkühlung anhand der Gesamtbetriebskosten und nicht allein anhand der Ausrüstungskosten bewertet werden..
• Verdichter für Platten und Spiralplatten:Ein dichtgepackter oder geschweißter Plattenkondensator erreicht Koeffizienten von 3.000-6.000 W/m2K, da die Wellkanäle bei niedrigen Reynoldszahlen Turbulenzen induzieren und die Platte dünn ist.Das Ergebnis ist eine sehr kompakte Einheit mit einer Nähe von 1-3°C und einem kleinen Aufbewahrungsvolumen.Die Grenzwerte sind Druck, typischerweise bis 25 bar für Dichtungen und höher für geschweißte oder geschweißte Einheiten, Temperatur,durch das Dichtungsmaterial bei etwa 150-180°C eingestellt, und Verunreinigungen, da sich schmale Kanäle von 2-5 mm schnell mit Partikeln füllen.und für Schlamm- und Viskose-Kondensationsarbeiten verwendet.
• Barometrischer und direktkontaktierter Kondensator:Ein barometrischer Kondensator mischt den Dampf direkt mit Kühlwasser, wodurch ein Ansatz von im Wesentlichen null und eine sehr niedrige Investitionskosten,zum Preis der Erzeugung einer großen Menge an kontaminiertem Kondensat, das behandelt werden muss- Es ist klassisch in Vakuumsystemen: Der Kondensator wird mindestens 10,3 m über dem Heißbrunnen montiert, so daß Wasser gegen atmosphärischen Druck auf einem barometrischen Bein abfließt,Aufrechterhaltung des Vakuums ohne PumpeEs gibt Spray-, Baffle-Tray- und Jet-Entwürfe.Vakuumzüge mit Palmeöl-Deodorant und Multifunktionsverdampfung, ist jedoch ausgeschlossen, wenn das Kondensat als sauberes Produkt zurückgewonnen werden muss oder wenn der Dampf gefährlich ist und nicht mit dem Wasser entsorgt werden kann.

Vergleichsmatrix für Industriekondensatortypen

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

F: Was ist der Unterschied zwischen einem Kondensator und einem Wärmetauscher?

A: Ein Kondensator ist eine Art Wärmetauscher, daher ist die Unterscheidung eher auf der Grundlage des Dienstes als auf der Grundlage der Kategorie.Während ein Kondensator speziell latente Wärme entfernt und einen Phasenwechsel von Dampf in Flüssigkeit erzeugtDiese Differenz bestimmt die Konstruktion: In einem Kondensator bleibt der heiße Strom bei einer im wesentlichen konstanten Temperatur, da er latente Wärme freisetzt, so dass die LMTD-Korrektur in der Regel nahe 1 liegt.0Der Kondensatfilm, nicht das Kühlmittel, ist häufig der Steuerwiderstand, und das Behälter muß die Dampfverteilung bei hoher Einlassgeschwindigkeit gewährleisten.Kondensatentwässerung und nicht kondensierbare LüftungEinige Einheiten tun beides, wie z. B. ein Kondensator-Unterkühlgerät, das die Flüssigkeit in einem überfluteten Abschnitt kondensiert und dann sinnvoll kühlt.

F: Warum sinkt die Leistung des Vakuumkondensators plötzlich?

A: Die häufigste Ursache ist ein Luftleck. In einem Behälter, der unter dem Luftdruck arbeitet, ist jede Flanschdichtung, der Ventilstamm, die Instrumentverbindung und das Sichtglas ein potenzieller Leckweg.und die Luft, die eingezogen wird, akkumuliert sich statt zu kondensieren.Wie bereits erwähnt, kann 1% Luftvolumen das effektive U um 30-50% reduzieren.und Flüssigringpumpen verlieren Kapazität, wenn das Dichtungswasser über seine Konstruktionstemperatur erwärmt wirdDie dritte ist die Kondensatüberflutung, bei der ein blockierter oder untergroßer Abfluss Flüssigkeit in den Bündel zurückführt und den Kondensationsbereich in einen nutzlosen Unterkühlbereich umwandelt.wenn er sich erweitert, während sich der Kühlmitteldurchfluss und die Einlasstemperatur unverändert halten, suchen Sie zuerst nach Luftlecks und dann nach Überschwemmungen.

F: Wie viel Unterkühlung sollte ein Kondensator bieten?

A: Für die meisten Prozessdienstleistungen2-5°C unter der Sättigungstemperatur genügt und wird in der Regel unbeabsichtigt durch Kondensat erreicht, das durch einen kühleren Teil des Bündels oder durch einen kleinen überfluteten Abschnitt abfließtEine höhere Unterkühlung als diese ist teuer, weil sie bei einem geringen Temperaturunterschied sinnvoll ist und überproportional viel Fläche verbraucht; für jeden zusätzlichen Grad kann 3-8% mehr Fläche benötigt werden.Allerdings, mehr Unterkühlung wird absichtlich festgelegt, wenn das Kondensat in eine Zentrifugalpumpe in der Nähe seines Siedepunktes gelangt, wobei zusätzliche Unterkühlung eine billige Versicherung gegen Kavitation ist,oder wenn das Kondensat auf einen niedrigeren Druck nachgelagert wird und die Verluste durch Blitzen auf ein Minimum reduziert werden müssenEine Kondensatpumpe sollte in der Regel mindestens 5-10°C Unterkühlung erhalten, oder der Empfänger sollte erhöht werden, um eine ausreichende NPSH zu liefern.

F: Welche Wartung ist für einen Kondensator am wichtigsten?

A: Drei Aktivitäten dominieren: Reinigung der Wasserseite nach einem Zeitplan, der auf die Wasserqualität abgestimmt ist, da eine Verschmutzungsschicht von nur 0,5 mm in der Skala U um 25-40% reduzieren kann;Mechanische Reinigung mit Bürsten oder Hochdruckwasser ist für Schal- und Rohrgeräte Routine, während die Platteneinheiten chemisch gereinigt werden.mit jährlich auf Verstopfung geprüftem Lüftungsventil oder -öffnung und Kapazitätsprüfung des Vakuumsystems anhand einer bekannten Luftleckage. und Leckerkennung, da durch ein Leck ein Kühlwasser in die Prozessseite oder Prozessflüssigkeit in das Kühlwasser gelangt, wobei beide ein Verunreinigungs- und Sicherheitsereignis darstellen;Periodische Rohrprüfung mit Wirbelstrom, Druckhaltungs- oder Tracer-Methoden die Ausdünnung erkennen, bevor sie zu einem Ausfall wird.Der Kondensationsdruck und die Kondensattemperatur sollten alle so verändert werden, dass eine steigende Annäherung frühzeitig erkannt wird..